試論現行鋼筋混凝土結構的加固技術方法與應用【摘要】在當前建筑市場環境下，隨著新型建筑材料不斷出現，混凝土結構加固方法將越來越豐富。本文介紹了傳統及先進加固技術方法，并結合實例探討了鋼筋混凝土結構加固方法的應用，供類似工程參考。【關健詞】鋼筋混凝土結構；加固方法紹；實例應用1引言由于長期以來人們對混凝土碳化、鋼筋銹蝕影響混凝耐久性的問題關注和研究不夠，致使大量整澆鋼筋混凝土結構工程提前進入危險期。據統計，我國已擁有百億平方米以上的在用工程，其中50%左右敲起了等待加固的警鐘。至于起步早的西方發達國家，其加固工程比重就更大。因而鋼筋混凝土結構工作的加固設計與施工工作成了當前工程界的一項中心任務，對此要求工程界提供操作簡便易行、適應面最廣、經濟代價低的整澆鋼筋混凝土框(剛)架結構的加固方法。2加固方法介紹現行鋼筋混凝土結構加固技術分為傳統技術和先進技術兩大類，已廣泛應用于工程加固實踐中。2.1傳統加固技術方法可以歸納為以下5種：(1)加大截面法。(2)外包鋼法。(3)預應力法。(4)改變傳力途徑法。(5)加強整體剛度法。這些都是經過長期實踐檢驗可靠性比較高的方法，已收入國家標準混凝土結構加固技術。不僅有比較充分的理論依據，規范還提供了詳細的計算公式。在加固設計與施工中，應該已是有法可依，有章可循了，原則上屬于強制執行范疇。2.2先進加固技術方法可以歸納為以下3種：(1)粘鋼法；(2)碳纖維布加固法；(3)粘貼玻璃鋼復合料板材加固法。由于其科技含量高，技術先進，近幾年來在國內外發展迅速，為工程界所關注，并已廣泛用于工程實踐中。2.3加固技術方法介紹對以上多種混凝土結構加固技術來說，每一種技術都有其優缺點和適用性。而對于每一項須加固的工程對象來說，又都有其獨特個性和不同的要求。具體選擇哪種加固技術，應按彼此適應的原則。現列舉各種加固技術的優缺點及其適用范圍如下。2.3.1加大截面法加大截面法有單面加大、雙面加大、或四面加大三種情況，目的是將原有受力斷面擴大。目前受施工工藝限制，最小加大厚度按規范要求不小于60mm，但實際施工中往往采用不小于100mm的最小限額值。其最大優點是概念清楚、計算公式詳盡。但其缺點也很多，有以下幾點。(1)斷面積擴大后，剛度變化太大，設原有斷面為400mm600mm,四面擴大斷面后成600mm、800mm，面積擴大到2倍，慣矩卻擴大到3.6倍。構件斷面積和剛度在加固前后有如此大的變化，不僅是有礙觀感和使用，在整個結構體系中產生的副作用也是驚人的。(2)對于軸心受壓構件來說，也許新舊斷面之間的協同工作條件還較滿足。對于偏壓、壓彎、彎扭、扭剪等復雜受力情況來說，能否協同受力是很值得懷疑的。比如在平截面受彎條件下，首先受力的是外層鋼筋，只有在外層鋼筋屈伏以后，遠遠“退居第二線”的內層鋼筋才受力。照這樣就有了各個受力物體被擊破或遭到連續破壞的危險。假如在加固設計時就放棄原有鋼筋，使之退出工作，又未免過于浪費。(3)從鋼筋錨固焊接到薄層混凝土的澆筑養護，施工難度是很大的。尤其是最需要加固的梁柱節點卻很難得到加固和改善，這是一大遺憾。(4)擴大斷面法用于梁的加固，其最大難點是施工(基準)溫度的控制和鋼筋內初應力的消除。2.3.2外包鋼套法外包鋼套法分干法與濕法，其最大優點與擴大斷面法相似，其最大的缺點是施工難度大。對于干法來說，由于加固斷面的施工誤差不可避免，很難保證鋼套與混凝土表面密貼，協同工作。對于濕法來說,要指望夾墊的膠泥層和原本存在強度不夠、質地不勻或早已碳化的舊混凝土表層來傳遞粘著力和剪力，以滿足外套與原構件協同工作的要求，顯然是不切實際的。關鍵的問題還是外包鋼套法對于梁柱節點加固實在無能為力，因為框架柱往往存在上下層變斷面的情況，再加上施工中的上下柱錯位和誤差等實際問題，使外包鋼套很難上下準確銜接與上下貫通，節點處箍筋也無法追補和交圈。若無視這些情況，進行節點加固，只能算敷衍了事。2.3.3預應力法預應力法的最大優點是便于使有較大跨度和較大荷載且已出現較大變形(撓度)后的鋼筋混凝土梁或桁架恢復承載能力。這種方法在早年工業建筑中用得較多，其最大缺點是施工工藝復雜，維護困難，耐久性差，而且還占有一定空間，影響外觀與使用，現已不受歡迎。2.3.4改變結構傳力路徑法改變結構傳力路徑法是徹底改變結構內力的計算圖形。比如在梁的跨中增設支點，在梁的兩端支座處增加牛腿或梁脅，以縮小梁的計算跨度，減小梁內彎曲應力；或在柱腳增設柱墩，在柱頂增加牛腿或角撐，以壓縮柱(剛架)的計算高度，卸減柱內彎矩和剪力。這是一種有效的加固方法，但一般要涉及建筑平面和使用功能的改變，這是其缺點。2.3.5粘鋼法用結構膠在被加固構件表面粘貼4mm6mm厚的鋼板進行結構加固，增加的構件自重很小，擴大構件斷面很小，也不占用空間，是當前最受工程界青睞的一種混凝土結構加固方法。但也有以下缺點：(1)技術要求高，施工操作程序較復雜，掌握不好的話，質量難保證，可靠性也不高。(2)耐高低溫、耐濕、耐腐蝕等性能是否可靠尚未經實踐考驗，耐久性也沒有保證。據現有資料反映，結構膠的最長耐久年限是30年，對于舊房加固來說，這個年限也許已夠，但對于施工事故處理中新結構加固來說，這個年限顯然不夠，何況市場供應膠的實際耐久年限還是未知數。(3)依靠被加固的不可靠的混凝土表面來傳遞剪力以達到協同工作進行加固的目的，是值得懷疑的。其破損機理是最危險的剪切脆性破壞，是值得警惕的。2.3.6碳纖維加固法與粘鋼法相比，這是一種科技含量更高更先進的加固技術。往往因其質輕高強的驚人物理特性而深受人們歡迎。此法與粘鋼法一樣，也存在同樣的缺點，甚至更嚴重。現列舉如下：(1)由于其強度更高，脆性破壞的危險性更大。(2)受變形協調原理制約，碳纖維的變形須與構件內原有鋼筋的變形協調，因而其強度高的特性并不能得到充分發揮，使其有效利用率實際很低。2.3.7玻璃鋼(纖維加強塑料)板加固法外粘玻璃鋼加固法是在粘鋼加固法基礎上發展起來的新方法。因為沒有鋼板銹蝕的問題，耐久性能較好，加固效果也不錯，有其一定的優勢，目前還在開發、研究階段。以上列舉的多種加固方法各有其優缺點和適用范圍，如何選擇混凝土結構的加固方法，應該兼顧安全耐久和經濟適用兩個原則。3工程實例某框架工程結構加固方案論證。3.1鋼筋混凝土柱加固在該建筑物中，經用擴大斷面法加固的鋼筋混凝土柱共73根，柱原有斷面分1000mm、1100mm，2種情況，以1100mm的占多數。原先設計要求擴大的尺寸(半徑)控制為75mm，因施工困難，實際控制量不大于l00mm。而且有些柱是下層柱加固，上層柱不加固；有些柱是上層加固，下層不加固；有些則是中間層加固，上、下層均不加固。因此往往使柱身成為上頭大、下頭小，或中間大、兩頭小的反常現象。這種加固方法的最大問題是使整個結構體系的剛度分布情況發生巨變，極不均勻。比如a座塔樓的首層共有21根柱，只有3根角柱不用加固。這些柱原設計斷面為1l00mm。而地下室則只有二根柱需要進行加固，其原設計斷面也為1100mm。加固后的柱斷面驟增了40%，剛度驟增了95%，上大下小或中間大、兩頭小的剛度變化如此之大，對于結構體系的抗風和抗地震來說，顯然是極為不利的。另一個問題是對于遺漏箍筋、混凝土存在蜂窩狗洞、強度最低的最需要加固的節點來說，并沒有得到加固。從加固節點圖就可發現以下問題：由于上下柱斷面的變更，又因為施工中普遍存在的上下柱錯位等情況，使新增主筋不能準確地與舊筋銜接，上下貫通，妥善錨固；節點箍筋更不能交圈封閉，以起到約束節點核心混凝土的作用。3.2梁加固該建筑物中經加固處理的框架梁共86根，地下室頂板梁115根。多數框架梁是被認為面筋(節點附筋)不足而被補筋加固的，少數框架梁則是底筋面筋均作了補筋加固。所有地下室梁都作了底筋和面筋的全面補足加固，而且補筋量都是上、下各425。對于梁的加固采用擴大斷面補筋法，必然使舊梁機體受到較大損傷。因為施工時不僅要將全部的主筋保護層打掉，而且還要將全部新增鋼筋與舊筋焊連，致使舊筋在焊接高溫影響下產生初應力。這一結果破壞了舊筋與混凝土之間的粘著力。這一方法最大的缺點還在于增補的鋼筋不能妥善錨進節點。對于只因溫度應力而引起裂縫的屋面梁和地下室頂板梁來說，本來并不需要增補鋼筋，采用補筋加固很可能是得不償失。3.3板加固工程人員對面積45000的樓屋面板進行了全面加固，加固辦法是以疊合梁理論為基礎的。具體做法是將原有混凝土板面打毛清洗后，鋪滿6200的鋼筋網，澆注50mm厚的細石混凝土。這個辦法自然滿足了板厚和板的跨中抗彎要求，但因梁頂板支座處不配置抗負彎矩的壓筋，忽略了這一最薄弱的環節，很可能起不到加固板的效果。在加固過程中，框架柱錯位與偏斜問題未得到處理，這也是一隱患.根據以上分析，認為全部加固工程付出了高昂的代價，但其加固效果是值得懷疑的。4結束語由于整澆鋼筋混凝土框(剛)架結構的使用面很廣，而其設計與施工程序又很復雜而繁瑣，受不定因素和人為過失的影響很大。因